М-теория: Что такое «материя»?

Начать стоит с того, почему уже в термине «М-теория» заключается, если и не ошибка, то вольность. Термины «теория» и «гипотеза» в популярной литературе часто рассматриваются, как синонимы. Между тем, разница между теорией и гипотезой в естественных науках принципиальна. Гипотеза должна экономично (то есть, на основании уже известного) объяснять известные факты. Причём, одни и те же факты могут находить объяснения в рамках нескольких гипотез. Гипотеза также должна обладать предсказательной силой. То есть, предсказывать, какие именно ещё не известные факты будут установлены в будущем путём наблюдений или экспериментов. Только если эти предсказания подтверждаются, гипотеза становится теорией. Но до экспериментального подтверждения положения М-Теории ещё далеко.

Теория — это предельно серьёзно. Это, окончательное, не подлежащее уже пересмотру и обжалованию объяснение фактов. Теория не может быть опровергнута, а только включена в новую, более общую теорию, как частный случай. Но при этом, иногда получается так, что две теории конфликтуют, давая одним и тем же фактам взаимоисключающие объяснения. Самое известное из подобных столкновений — непримиримая вражда теории относительности и квантовой механики. Если в рамках первой пространство-время искривляется гравитацией, то вторая работает только в «плоском» пространстве.

Тем не менее, любая теория — это объяснение фактов, истинность которого уже проверена и установлена. А квантовая механика даже является легендой, своего рода «эталоном» мира теорий. Ибо её предсказания сбываются даже тогда, когда их абсурдность очевидна. Как, например, вышло с эффектом «квантовой спутанности». С другой же стороны, квантовой механике свойственна определённая «неполнота». Созданная на её базе и описывающая мир элементарных частиц «стандартная модель», прекрасно работает, но не объясняет, однако, почему существуют именно такие частицы и почему их свойства именно таковы.

Попытки объединить теорию относительности с квантовой механикой в рамках некой более общей «теории всего» предпринимаются уже несколько десятилетий. Свет в конце тоннеля показался в 1968 году, когда для описания переноса энергии в микромире была использована бета-функция Эйлера, ранее применявшаяся в акустике. Странным образом, распространение колебаний по струне не просто хорошо объясняло поведение частиц. Из уравнений, вдруг, становилось понятно, какие частицы могут существовать, а какие – нет, и почему. Да и противоречия между квантовой механикой и СТО под «струнным» углом зрения переставали казаться неразрешимыми. Ибо все фундаментальные взаимодействия сливались в единую силу.

«Теория струн» (которая, в действительности, теорией так и не стала, и получила сей мощный титул авансом, в надежде на лучшее) открывала ошеломляющие перспективы. Однако, выяснилось, что, будучи многообещающей, она даёт нелепые предсказания, утверждая, в частности, что должны существовать тахионы – частицы с мнимой массой и скоростью всегда превышающей скорость света… Казалось бы, мало ли, что не бывает мнимой массы, вот, квантовая механика, например… А не сложилось. Безусловное исполнение даже абсурдных предсказаний так и осталась монополией квантовой механики.

Предпринятая в 70-х годах вторая попытка – «теория суперструн» — фактически привела лишь к усложнению математического аппарата. Предсказания начали выглядеть разумнее, зато теория теперь плохо сочеталась с квантовой механикой. А ещё через несколько лет стало ясно как день, что в пределах привычной 4-мерной вселенной проблема объяснения свойств микромира неразрешима. У колебаний струны недостаточно степеней свободы, для того чтобы объяснить все особенности взаимодействий частиц.

Головоломка начинала складываться в случае увеличения количества измерений. Постепенно, к временной и трём пространственным осям добавилось ещё семь. Тоже пространственных, но замкнутых на себя и свёрнутых до планковской длины – 10^-35 метра, что делало перемещение по этим измерениям не наблюдаемым.

К концу прошлого века последние противоречия удалось разрешить путём дополнения одномерных струн имеющими от двух до четырёх измерений бранами. Современная М-теория микромира, теорией не являющаяся отнюдь, так как её экспериментальная проверка остаётся делом будущего, проработана ещё недостаточно. Тем не менее, ключ к пониманию природы частиц уже найден.

Из теории вытекает, что энергия является качеством континуума. Пространство подёрнуто мельчайшей «рябью». Вибрации свободно проходят друг сквозь друга, и лишь при стечении строго определённых обстоятельств, в неких точках волны обмениваются энергией. Данные события мы воспринимаем, как «взаимодействия частиц», а значит и «материю».

Приведённая модель не лишена недостатков, но позволяет хоть как-то вообразить заведомо недоступную воображению (ибо не имеющую аналогий в видимом мире) реальную картину. «Волны пустоты», конечно, не подобны волнению на море. Например, одним из факторов, предопределяющих «столкновения» между ними, всегда является случайность.

Необычно и то, что при контакте обе волны мгновенно меняют форму, частоту и плоскость колебаний на всём своём протяжении, — а «струны» тянутся бесконечно! Этим объясняется загадочное «дальнодействие» в случае квантовой спутанности. Парадокса здесь нет, ибо речь идёт не о распространении сигнала в пространстве, а об изменении состояния самого пространства. Пространству-то нет нужды себя преодолевать.

Можно теперь понять и скрытый механизм расширения вселенной. Ведь, при взаимодействиях энергия хоть и не теряется, но рассеивается. С течением времени энтропия, а значит и длина волн постоянно растёт. «Скомканная» на момент рождения бесконечность постепенно «расправляется».

Это просто.

Новые публикации также можно увидеть на Дзен-канале